Fragilisation par hydrogène en pratique

À la suite de l’article“Fissures induites parl’hydrogène dans l’acier”,cet article présente desconseils afin de limiter lerisque d’apparition defissures dues àl’hydrogène dans lesassemblages soudés.Nous parlerons entreautres du préchauffage,de la températured’interpasses et aprèssoudage, de directivesgénérales et de critèresd’acceptation et nous vousdonnons quelques conseilsafin d’obtenir une souduresans fissuration induite parl’hydrogène.

INFLUENCE DE LATEMPÉRATURED’INTERPASSES ET APRÈSSOUDAGE

Dans la pratique, il y a souvent unedifférence négligeable entre latempérature de préchauffage et latempérature d’interpasses. Enfonction de l’épaisseur du matériau,de l’apport calorifique et del’analyse chimique, cettetempérature variera entre 50 et300 °C. Le choix de latempérature adéquate dépend,entre autres, du C équivalent danslequel la teneur en carbone joue ungrand rôle pour la dureté finale àavoir. La fissuration due àl’hydrogène apparaît rarementdans le cas d’une températureélevée. C’est pourquoi on maintientla température de préchauffageaprès soudage durant 2 à 3heures dans des constructions oùon présume que des fissures dues àl’hydrogène peuvent éventuellementêtre générées, afin de laissers’échapper l’hydrogène présentdans la soudure. Il va de soi qu’enpratique, on ne doit pas laisserrefroidir entre-temps uneconstruction critique.Les constructions critiques doiventêtre soudées en une seuletempérature. Le maintien de la

CAUSES

Trois facteurs sont responsables del’apparition de ces fissures dans lessoudures:- l’hydrogène émanant du procédéde soudage choisi, l’airenvironnant et les conditions lors dusoudage;- une structure sensible à lafissuration due à l’hydrogène,souvent dure et fragile;- la présence de tensions dans lasoudure.Pour une certaine application dansla pratique, on pourrait formulerceci autrement, comme parexemple l’épaisseur du matériau,apport calorifique, compositionchimique du matériau, type dejoint, métal d’apport à choisir oumaintien de la température.

INFLUENCE DUPRÉCHAUFFAGE

L’effet du préchauffage lors dusoudage est important. Unetempérature élevée donne àl’hydrogène éventuellement présentle temps de diffuser hors de lasoudure. De plus, la vitesse derefroidissement de la soudure estralentie d’où le risque d’apparitiond’une structure dure et fragilemoindre, si pas exclus.

température de préchauffage(interpasses) durant le cyclecomplet du soudage est donc unenécessité.Il faut parfois faire un traitementthermique. Si on refroidit entre-temps, ceci peut poser desproblèmes. Après soudage, lessoudures peuvent, dans presquetous les cas, être examinées pourdétecter la présence de défautsaprès que la soudure soit refroidie.Si on chauffe après soudage ou si

la soudure est soumise à un recuitde relaxation, on peut seulementcontrôler la soudure après cetraitement. Si on détecte desdéfauts qui nécessitent desréparations, ceci peut entraîner destravaux très onéreux.Il est clair qu’il faut poser desexigences plus sévères à dessoudures critiques afin d’éviter la

fissuration. Ainsi, la BS 5135appendix E donne les pointsauxquels il faut veiller afin d’obtenirune bonne construction:- importance de la tension interne- épaisseur de l’acier à souder- faible C équivalent (acier C-Mnavec - acier “propre” et acier avecune faible teneur en soufre (S - utilisation de métaux d’apport àfaible teneur en hydrogène.

MÉTAUX D’APPORTAUSTÉNITIQUES ET ÀFORTE TENEUR ENNICKEL

Les électrodes austénitiques et à forteteneur en nickel ont une structureausténitique. Dans cette structure, àtempérature ambiante, une plusgrande quantité d’hydrogène peutse dissoudre que dans une structureferritique ou une variante de cettestructure. L’hydrogène est retenudans la structure austénitique desorte que peu ou pas d’hydrogènene peut diffuser vers une zone detransition fragile et dure. C’estpourquoi, dans certains cas où lepréchauffage n’est pas pratique àréaliser, on choisit des électrodesausténitiques ou des électrodes àforte teneur en nickel. Les électrodesausténitiques sont du type E 307, E309 et/ou E 312. Les électrodes à

CAHIER IBS

CONNAISSANCES EN SOUDAGE

LA FISSURATION INDUITE PAR L’HYDROGÈNE DANS LA PRATIQUE

Figure 1: les électrodes à haute teneur en nickel sont plus chères mais ont un coefficient de dilatation qui est voisin de l’acier au carbone

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LA BS 5135 APPENDIX EDONNE DESCONDITIONS

COMPLÉMENTAIRESAUXQUELLES IL FAUT

VEILLER AFIN D’OBTENIRUNE BONNE

CONSTRUCTION

CAHIER IBS

haute teneur en nickel sont pluschères mais ont un coefficient dedilatation qui est voisin de l’acier aucarbone. La tension de retrait dansles soudures sera donc moindre quelors de l’utilisation d’électrodesausténitiques. Voir figure 1.

CONSEILS PRATIQUES

La méthode la plus judicieuse pouréviter les fissures induites parl’hydrogène, est d’utiliser desprocédés de soudage à faibleteneur en hydrogène ou desélectrodes à faible ou très faiblequantité diffusible d’hydrogène. Lesprocédés de soudage peuvent êtresubdivisés en groupes:- très faible (< faible (5-10 ml/100g de métal déposé)- moyen (10-15 ml/100 g demétal déposé)- élevé (> 15 ml/100 g de métaldéposé) (voir figure 2)On trouve même sur le marché desélectrodes ayant des teneurs enhydrogène inférieures à 3 ml/100 gde métal déposé. On peut généralement dire que lesprocédés GTAW et GMAW(soudage TIG et MIG) fournissent desfaibles à très faibles teneurs enhydrogène pour un choix appropriéde gaz de soudage. Les procédésFCAW, SMAW et SAW (procédé desoudage avec fil fourré, avecélectrodes et sous flux) peuvent avoirde fortes différences en teneur enhydrogène diffusible suivant le type,le fabricant, l’emballage et letraitement. Dans le cas d’applicationscritiques, il faut en tenir compte etsuivre précisément les conseils desfournisseurs de métaux d’apport.

DIRECTIVES GÉNÉRALES

L’EN 1011, le “successeur” de laBS 5135, donne des directivespour le soudage sûr de certainstypes d’acier. Pour un aperçudétaillé, il faut approfondir cettenorme. Globalement, on peut direceci:- “Mild steel” (Céq < 0,4)Bien soudable. Préchauffagesouvent pas nécessaire lors del’utilisation de procédés desoudage à faible teneur enhydrogène. Lors du soudage defortes épaisseurs avec une tensioninterne élevée ou lors d’un procédéde soudage avec une forte teneuren hydrogène, le préchauffage estnécessaire.- “Acier C-Mn” (teneur moyenne encarbone, acier faiblement allié,Céq 0,4-0,5)Les sections minces peuvent êtresoudées sans préchauffage. Lessections plus importantes doiventêtre préchauffées et soudées avecdes métaux d’apport à faibleteneur en hydrogène.- “Aciers alliés à teneur élevée enhydrogène” (Céq > 0,5)Préchauffage. Application demétaux d’apport à faible teneur enhydrogène. Refroidissement lentsouvent nécessaire. Traitementthermique complémentaire.

LES CONDITIONSIDÉALES

Les conditions idéales pour obtenirune soudure sans fissuration induitepar l’hydrogène sont:- Veiller à avoir des joints propres,exempts de rouille, peinture, huile

et graisse.- Appliquer un procédé desoudage à faible teneur enhydrogène.- Sécher les électrodes et/ou le fluxsuivant les prescriptions dufournisseur.- Diminuer la tension dans lasoudure par une forme de joint,

l’hydrogène peuvent être très petiteset peuvent également apparaîtresous la surface, la détection de cesfissures n’est pas simple. Ellespeuvent encore apparaître après uncertain temps, après que lasoudure soit déposée et refroidie.C’est pourquoi, il faut examiner unesoudure après un certain temps

une succession des soudures et unremplissage du joint appropriés.- Quand le préchauffage estprescrit, il est également nécessairelors du pointage et du gougeagedes joints.- Préchauffer sur une largeur d’aumoins 75 mm à partir du milieu dujoint afin d’être sûr d’avoir unerépartition uniforme de la chaleursur l’épaisseur et la largeur du joint.- Contrôler la température depréchauffage de l’autre côté dujoint à souder. Si c’est impossible,laisser prendre le temps à lachaleur de pénétrer dans laconstruction.- Suivre strictement les donnéesd’apport calorifique mentionnéesdans la procédure.- Maintenir la construction à latempérature de préchauffagedurant 2 à 4 heures afin de donnerla possibilité à l’hydrogène dedisparaître.- Dans des situations où unpréchauffage adéquat n’est pasréalisable, utiliser des métauxd’apport austénitiques.

CRITÈRESD’ACCEPTATION,DÉTECTION DESIMPERFECTIONS ETREMÈDE

Les fissures dues à l’hydrogène sontdes imperfections qui présententdes angles aigus. Dans lessoudures, ces fissures sontinadmissibles si les souduresdoivent satisfaire aux exigencesposées par l’EN 25817 classe B,C et D.Comme les fissures dues à

pour détecter une éventuellefissuration due à l’hydrogène. Si lesfissures atteignent la surface, ellespeuvent facilement être détectéespar un examen visuel ou à l’aided’un examen par ressuage ou descontrôles magnétiques.Les fissures sous la surface peuventêtre détectées par examenradiographique ou examen parultrasons. L’examen par ultrasons ala préférence. La plupart des codesprescrivent que la fissure due àl’hydrogène doit être éliminée etmême 5 mm plus profond et pluslarge que la fissure elle-même. Il vade soi que lors de la réparation, ilfaut utiliser des métaux d’apport,des procédés de soudage à faibleteneur en hydrogène. o

Cet article est une adaptation de‘Job Knowledge for welders Part46‘ de TWI Connect réalisée parKarel Bekkers et traduite enfrançais par M.C. Ritzen (IBS)

Un conseil pour éviter les fissures induites par l’hydrogène: utilisez des procédés de soudage à faible teneur en hydrogène

Figure 2: les procédés de soudage peuvent être subdivisés en 4 groupes: très faible, faible, moyen, élevé

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Rédaction:Tilly Baekelandt

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